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脱色作为食品工业物质纯化的重要步骤,特别是在木糖醇、柠檬酸、味精等食品生产中都有重要应用。本项目以木糖醇脱色为突破口,通过系列对比和研究最终得到了粒状壳聚糖改性介孔分子筛。该材料具有壳聚糖大吸附量与介孔分子筛比表面积大(大于500m2/g)、吸附率快、结构稳定性好的特点,并可多次再生重复使用,提高了初次脱色产品质量,避免了碳酸氢钙和活性炭的污染源,可将脱色液体的pH值提高,简化中和工序。利用此材料可将水解液直接脱色,大大提高了吸附效率。
以木糖醇生产为例,半纤维素水解所得木糖液色度较深,在420nm处的透光率仅为5%,经改性分子筛脱色透光率可达到85%以上。从而减轻了后续离子交换工序的负担。 具体创新点可分述如下:
①壳聚糖/介孔分子筛对食品工业中的各类有色液体脱色能力强而稳定,具有操作方法简单,适应范围广,容易控制,可用于木糖醇、柠檬酸、味精等食品的脱色处理,以及各类化学原料的脱色。
②成形性、稳定性好,操作方便。由于合成吸附剂为坚实的固体颗粒,可用作层析柱填料,通过柱层析脱色,也可将该吸附剂浸泡于脱色液中,通过搅拌脱色液充分接触而达到吸附脱色的目的,且pH适用范围广,可在pH值1~13的范围内稳定工作。
③吸附能力强。对于蔗糖厂糖浆(65BX,色值1000IU)脱色,脱色剂处理体积比可高于30BV以上,并可通过改变pH的方法多次再生,视糖浆质量,再生次数一般可高于20次。
④使用的材料均为天然的或环境友好的。脱附采用物理方法,与某些氧化脱色(化学方法)处理相比,本工艺不会造成二次污染。
技术原理与工艺流程简介:
分子筛晶粒孔穴内部有强大的库仑场和极性作用,再加上骨架中大量平衡骨架负电荷的可交换阳离子的暴露造成的高电场梯度及表面的不均性,与壳聚糖分子的一端通过化学键或超分子作用力相结合,将壳聚糖分子插入分子筛的孔道中形成硬端,而另一端则可与其它单体分子缩合或聚合形成复合材料的软端;在此假设的基础上,设计了一类孔约束型有机一无机复合材料的新模式,即“壳聚糖/介孔分子筛吸附材料”。这种材料的吸附机理与常规活性炭,硅藻土,硅胶等吸附剂的机理不相同,常规材料均是以其孔道或者其表面的少量活性官能团做为吸附的活性中心,吸附强度弱,易解吸,吸附容量也低。而采用壳聚糖对介孔分子筛材料进行改性后,改变了壳聚糖絮凝物溶于水发生二次吸附,从而产生再稳溶解,用量不易掌握的情况,也改变了分子筛做为无机物,孔道小,吸附位点少的情况。 另外,在制备过程中使用交联剂聚集成为颗粒状,可装于吸附柱(塔)中使用,更加方便,从而结合了两者的优点,使得壳聚糖带正电荷的氨基基团充分发挥作用。通过分子筛的加入也提高了吸附剂的力学性能、耐热性能及耐极性溶剂性能,延长了使用寿命,通过“孔的约束”达到了微区尺寸纳米级的的复合,实现了性能的互补与优化,从而表现出了独特的吸附性能。
技术水平:
本项目根据 “孔约束”的理论,设计了一类孔约束型有机一无机复合高分子材料,即壳聚糖/介孔分子筛吸附材料,在材料设计及制备方法方面,自主创新程度高。并加入交连剂,扩链剂等,对壳聚糖/介孔分子筛对食品工业中的各类有色液体脱色能力强而稳定,而且操作方法简单,适应性强,容易控制,如木糖醇,柠檬酸,味精等的脱色处理。投入产出比大,性价比高,替代了传统的碳酸氢钙和活性炭这些不可再生脱色材料,技术经济指标很高。 经过对不同分子量段的甲壳素或壳聚糖与介孔分子筛互配的脱色、澄清、凝聚和降粘机理的研究实验,并经实验室小试和生产实际实验,应用到木糖液及甘蔗糖浆等脱色过程中,具有重要的环境保护意义和社会经济效益。其中,糖浆脱色白砂糖经国家糖业质量监督检验中心检验达到优级糖水平,糖汁长期存放无絮凝物,并可用于生产高级饮料糖。
应用前景分析及效益预测:
壳聚糖/介孔分子筛可用于食品工业中的各类有色液体脱色,操作方法简单,适应范围广,效果容易控制,替代了传统的碳酸氢钙和活性炭这些脱色污染源,产生巨大的经济效益,解决了环保污染问题和资源循环综合利用的关键环节,提高了人民生活质量和健康水平。社会效益显著,有较大的经济效益。 应用领域及能为产业解决的关键技术: 该脱色分子筛现主要用于食品脱色领域,如木糖醇,柠檬酸,味精等的脱色处理,将该材料进一步改性,可应用于药品提纯,污水处理等行业,相关行业、跨行业扩散的能力也很强,市场前景十分广泛。 壳聚糖/介孔分子筛可代替碳酸氢钙和活性炭,无污染源,可再生利用,经济效益和社会效益显著。
技术产业化条件:
(一)设备:1.用于填装壳聚糖介孔分子筛脱色剂交换柱,工作温度30-100℃,设计处理糖汁能力30m3/h,适应于年产500吨精制糖生产线使用。2.再生装置,配套检测出料糖液色值及SO2含量,具有自动清洗交换树脂或脱色高分子材料的功能。3、用于糖汁暂存和保温的10M3储罐。2、液相色谱,用于测试糖含量及纯度。4、气相色谱及其自动进样器。等。
(二)材料:低黏度壳聚糖、高黏度壳聚糖、分子筛、各种烷基铵盐、戊二醛、环氧氯丙烷、聚乙烯亚胺、醋酸、酸碱度标准物质、其它标准物质、氮气、氢气、实验室及生产设备及耗材、常用试剂等。 按年产壳聚糖改性介孔分子筛脱色剂1000吨进行计算,项目建设周期12个月,除基建投资外,设备投资总额为400万元左右。

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